Im Rahmen einer Werksbesichtigung bei der Härtetechnik & Metallbearbeitungs GmbH konnte die Fachgruppe Festigkeit des IKAT am Dienstag, den 04.02.2025, einen vertieften Einblick in die Randschichthärtung gewinnen und verfahrensspezifische Erkenntnisse für die gezielte Anwendung dieser Verfahren in zukünftigen Forschungsprojekten sammeln.

Nach der freundlichen Begrüßung durch die Geschäftsführung der HTM GmbH erhielten die wissenschaftlichen Mitarbeiter eine Einführung in die Unternehmensstruktur und die Kernkompetenzen der Härterei. Anschließend folgte eine ausführliche Werksbesichtigung, bei der das Team des IKAT die Anlagentechnik der verschiedenen Randschichthärteverfahren, wie bspw. Induktions-, Einsatz- und Nitrierhärten, besichtigen und die Härteprozesse live mitverfolgen konnte.

Besonders hervorzuheben war der fachliche Austausch zwischen den Wissenschaftlern des IKAT und den Experten von HTM Chemnitz. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen den wissenschaftlichen Mitarbeitern ein besseres Verständnis für die verfahrensspezifischen Prozesse und deren Einflussparameter. Mithilfe des erlangten Know-hows können Fehler bei der Wärmebehandlung präventiv verhindert sowie Rückschlüsse auf die Ursache von Schadensfällen randschichtgehärteter Bauteile gezogen werden.

Der Besuch unterstrich die Bedeutung der engen Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie, um technologische Fortschritte voranzutreiben und die Expertise beider Seiten zu erweitern. Die Fachgruppe Festigkeit des IKAT und die Härterei HTM GmbH Chemnitz sehen großes Potenzial für eine zukünftige Zusammenarbeit und den gemeinsamen Austausch in der Forschung und Entwicklung.

Passfederverbindungen sind weitverbreitete Welle-Nabe-Verbindungen. Diese zeichnen sich durch einfache Fertigung sowie einfache Montierbarkeit und Demontierbarkeit aus. Die Berechnung des zulässig übertragbaren Drehmoments erfolgt mittels DIN 6892 basierend auf einer kritischen Flächenpressung an den Nutflanken bzw. der Passfeder. Der Fokus liegt auf der Welle, in der durch die anliegende Flächenpressung plastische Deformationen der Nut – Nutaufweitung – hervorgerufen werden. Im Beitrag wird am Beispiel einer Passfederverbindung aus einer duktilen Welle aus C45+N und einer Nabe aus C45+N, welche mit einer Passfeder aus C45+QT mit einander verbunden sind, die numerische Abschätzung der Nutaufweitung in Abhängigkeit der Lastwechsel gezeigt. Mit der Festlegung einer kritischen Nutaufweitung als Grenzlastkriterium werden die Potenziale der Übertragungsfähigkeit von Passfederverbindungen erschlossen.

 

Unser Weihnachtsbaum-Experiment ist erfolgreich beendet. Wir bedanken uns bei 5411 aktiven Zuschauerinnen und Zuschauern. Mit ca. 100.000 Klicks konnten 50.000 Axtschläge mit unterschiedlichen Auslenkungen durchgeführt werden. Der Weihnachtsbaum ist für den Zeitfestigkeitsbereich gut gerüstet und hat länger überlebt als die Schweißnähte der Probenaufnahme. Wir bedanken uns für die Teilnahme an diesem Experiment und wünschen ein forschungsreiches Jahr 2025!

Inhaltverzeichnis

1   AI in Design
2   Welle-Nabe-Verbindungen
3   Reibkorrosion
4   Gleitlager
5   Nachgiebige Mechanismen
6   Festigkeit von Verzahnungen
7   Reibwertverhalten
8   Nachhaltige Produkte

Das tiefe Lernen (DL) und die künstlichen neuronalen Netze (ANN) gehören beide zum Bereich des maschinellen Lernens (ML), der wiederum der KI zugeordnet ist. ANNs sind in der Lage, komplexe Zusammenhänge zu erlernen und auszuführen, was in den letzten Jahren zu bemerkenswerten Ergebnissen geführt hat.

Die zulässigen Beanspruchungen von ausgewählten Welle-Nabe-Verbindungen (Kegel-, Zylinderpressverband sowie Passfeder-, Rändel-, Polygonverbindung, etc.) werden im Bereich der Dauer-, Zeit- und Betriebsfestigkeit seit Jahrzehnten schwerpunktmäßig am IKAT untersucht. Dabei wird des Verhalten sowohl unter einzelnen Belastungen (Biegung, Torsion) wie auch kombinierten dynamischen Lasten analysiert.

Im Kontakt verschiedener Bauteile initiieren Verformungen in Verbindung mit dem vorherrschenden Fugendruck den Schädigungsprozess der Reibdauerermüdung (Reibkorrosion). Aktuelle Forschungsaktivitäten am Institut konzentrieren sich auf die grundlagenorientierte Erforschung des Schadensphänomens Reibkorrosion und verfolgen die Zielstellung der Erarbeitung eines wirkungskonformen Berechnungsverfahrens.

Wachsender ökologischer und ökonomischer Druck führt in der Entwicklung der Gleitlager zu immer höheren und komplexeren Beanspruchungen. Die Forschung am Institut beschäftigt sich daher vorrangig mit der Untersuchung und Entwicklung von alternativen Gleitwerkstoffen und dem Einfluss geometrischer Abweichungen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt im Verschleißverhalten bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen (Partikel, Mischreibung, Hydrodynamik).

Während konventionelle Mechanismen ihre Verformbarkeit den gleitenden oder rollenden Schnittstellen in den Gelenken verdanken, erfüllen nachgiebige Mechanismen ihre Funktion durch elastische Dehnungen an Stellen, die beim Entwurf bewusst flexibel gestaltet werden. Dieses Funktionsprinzip ermöglicht neuartige, formadaptive Strukturen, welche beispielsweise in der Softrobotik oder bei formvariablen Tragflächen Anwendung finden können. Die Professur setzt hierbei den Forschungsschwerpunkt auf optimierungsbasierte Synthesemethoden.

Die Festigkeitsuntersuchungen fokussieren auf die Zahnfußtragfähigkeit von Schneckenradgetrieben. Die Herausforderung zur numerischen Abbildung liegt in der komplexen Geometrie und im speziellen Werkstoff Bronze.

Der Haftreibwert (auch: Reibbeiwert oder Reibungszahl) ist als eine Systemgröße mit einer Vielzahl beeinflussender Parameter zu verstehen. Um bestehende Potentiale in reibschlüssigen Verbindungen (u. a. Schrauben-, Flansch-, Pressverbindungen) zu nutzen, ist eine experimentelle Untersuchung unerlässlich. Mit Hilfe standardisierter Prüfverfahren an Modellproben werden an der Forschungsstelle verschiedenste tribologische Konfigurationen hinsichtlich ihres Übertragungsverhaltens betrachtet. Ein Hauptforschungsgebiet ist dabei die Synthese neuer Auslegungs-/Auswahlwerkzeuge für reibwerterhöhende Maßnahmen (z. B. Mikro-/Laserstrukturen, Hartpartikel, Beschichtungen) für statische und dynamische Belastungsfälle.

Wie lässt sich Nachhaltigkeit in der Produktentwicklung schon gleich zu Beginn mit Denken? Wie lassen sich Grundprinzipien der Nachhaltigkeit: Menschenrechte, Kreislaufwirtschaft, Natur- und Ressourcenschutz und betriebswirtschaftliche Tragfähigkeit in Produkten verankern? Welche Methoden und Fähigkeiten benötigen Entwickler, Konstrukteure und Manager zur Umsetzung nachhaltiger Produkte in ihrer ganzen Komplexität?